微銑削的實時診斷系統

隨著工業廣泛使用微型元件，人們對于不同材料的微銑削質量也越來越關注。微銑削的實時診斷系統可以進行刀具狀況監控，并提升金屬元件的生產質量。監控系統保證了準確性和質量，更為重要的是保證了微銑削過程的穩定性。
選擇合適的信號，提供過程狀況的最佳信息，這一點很重要。加速計因為其可用性和易用性而成為通常的最佳選擇。安裝在微銑削機床關鍵區域的傳感器可以保證加速信號處理算法能夠創建關于過程的可靠有用信息。
測量微銑削過程的切力也很重要。因為微銑削的特性，切力的幅度可能非常低（1牛頓），非常難以測量。與振動信息類似，切力信息對于診斷也是非常有幫助的。

圖1 給出了微銑削的實時診斷系統。

選擇合適的測量系統，是診斷系統開發中的重要問題。微銑削的實時診斷系統是基于國家儀器公司的硬件和軟件開發出來的：帶有動態信號獲取功能的cRIO-9022 PAC控制器可以測量來自集成電子壓電（IEPE）加速計的信號。控制器包括一個可配置現場可編程門陣列（FPGA）底盤，它可以收集最高達到51.2kHz的模擬信號。數據經過過濾，然后經過實時處理，可以保證監控算法的確定和穩定。根據需求，獲取的數據可以寫到設備硬驅動上面，或者在計算機屏幕的用戶界面上顯示。這個系統可以與微銑削機床的驅動控制進行通訊。

圖2 比較了工具在全新狀態（左側）和磨損狀態（右側）的表面情況。

因為使用測量設備的靈活性，開發的監控系統尤其適合微銑削過程。FPGA模塊和LabVIEW實時系統可以允許開發確定性數據獲取和數據加工算法。和其他技術一樣，運動控制使用Aerotech線形納米模塊（運動解析度為250納米），微小力的測量則是基于Kistler測力計，而PCB壓電設備則被用來測量加速度。
診斷程序的主要一個假設是使用FFT算法處理收集的信號。檢測信號基于電主軸的旋轉速度，據此可以觀測到所有三個軸的加速度和切力。如果附加頻率鄰近激活頻率，監控算法立刻就會通過用戶界面通知操作員，向微銑削機床驅動控制器發送合適的提醒。

圖3 比較了使用全新工具（上圖）和 磨損工具（下圖）的銑削制造中收集 的數據。圖片來源：波蘭西波莫瑞工 業大學和CONTROL ENGINEERING Poland

在微銑削操作過程中，設備的硬驅動會存儲數據，分析所有的診斷信號差異。如果必要的話，還會采用一種新的算法，測量各種信號。因為具備尺寸小、設計堅固等優勢控制工程網版權所有，這些設備可以在很多場合使用。
為了要檢測微銑削的實時診斷系統，人們準備了一系列實驗。
針對微銑削開發的實時診斷系統適用于任何需要高精度和高質量的場合。因為它采用模塊化的設計，系統可以根據不同的情況快速重新配置。系統的小尺寸和堅固性也幫助它應用在很多場合。直觀的用戶界面可以適應操作員的需要，為工業應用中的微銑削部署實時診斷系統可以節約時間和資金。